Под влиянием осушения происходит осадка торфа, при этом изменяется поверхность болота: возрастают ее уклоны в сторону каналов и глубоких дрен, что способствует поверхностному стоку.
После осушения изменяются условия испарения. Понижение уровней грунтовых вод обусловливает уменьшение испарения с поверхности почвы, но этот показатель не является основным. При сельскохозяйственном использовании территории дикорастущая влаголюбивая растительность сменяется культурой, что вызывает изменение транспирации, а следовательно и суммарного испарения.
Осушение почв, особенно торфяных, значительно изменяет их температурный режим. Это обусловлено тем, что с понижением влажности и плотности торфа соотношение между твердой, жидкой и газообразной фазами его изменяется более резко, чем на минеральных почвах.
Влияние осушительных систем на ландшафты прилегающей территории
С позиций физико-географа, осушение есть уничтожение гидроморфных комплексов, лесной и кустарниковой растительности, нивелировка местных локальных природных различий путем проведения культуртехнических работ, известкования, внесения минеральных и органических удобрений. Это приводит к образованию антропогенного ландшафта с присущими ему процессами мелиоративной эрозии, дефляции, минерализации и сработки торфяной залежи, уплотнения почвы и полной перестройки орнитофауны. При этом проявляются новые свойства ландшафта:
увеличение пожарной опасности на торфяниках,
уменьшение продолжительности безморозного периода и снижение температур почвы и воздуха в ночное время,
сокращение и даже исчезновение некоторых видов естественной фауны.
Влияние осушения происходит через подвижные компоненты ландшафта – поверхностные (дренажный сток) и грунтовые воды. Прослеживаются три области влияния: две – прямого (гидрологическая и гидрогеологическая); третья – агротехнической и прочей деятельности человека.
Гидрологическое влияние изучено достаточно подробно, особенно на примере Полесья (Булавко, Маслов, 1975; Шебеко, 1978; и др.), и сводится к следующему. Осушение способствует увеличению годового стока в пределах точности гидрометрических исследований (до 15%), достоверно в первые годы, за счет сработки «вековых» запасов болотных и грунтовых вод. В период интенсивной вегетации растений сток снижается, особенно при оптимальном использовании осушенных земель (Новиков, 1980). Максимальный весенний сток возрастает, но максимальный сток малой обеспеченности снижается. Минимальный сток после осушения возрастает в 1,7-3,8 раза, увеличивается и летний меженный сток. В целом внутригодовое распределение стока становится более равномерным.
Размер зоны гидрогеологического влияния определяется:
глубиной дренажа,
расстоянием между дренами регулирующей и проводящей сетей,
типом регулирования,
литологическим составом пород,
мощностью водоносного горизонта,
уклонами рельефа,
сезонными погодными условиями,
свойствами геокомплексов на прилегающей территории.
Понижение уровня грунтовых вод на прилегающей к мелиоративной системе территории наблюдается в зоне, шириной от нескольких сотен метров до 3-6 км (Маслов, 1975). Зона влияния осушительных систем на снижение уровня почвенных и грунтовых вод сопоставима с площадью осушения и составляет 12-15 млн га. В слабоводопроницаемых грунтах (глинах, средних и тяжелых суглинках) влияние осушения на грунтовые воды практически затухает на расстоянии 50-100 м от дренажа. На осушительных системах, расположенных на юге лесной зоны (Полесье, Мещера), ширина зоны влияния при прочих равных физико-географических условиях больше, чем на северных системах (Карелия, Архангельская обл.). Этот факт объясняется большей продолжительностью теплого периода, а следовательно, и периода дренирования на юге лесной зоны, по сравнению с северной, средней и южной тайгой.
Снижение уровня грунтовых вод определяет две цепочки причинно-следственных связей: одна проявляется в изменении ландшафтно-геохимических условий, почвенного и растительного покрова; другая связана со снижением затрат тепла на физическое испарение, изменениями в структуре радиационного и теплового балансов, что, наряду с альбедо деятельной поверхности, формирует новый микроклимат. Обобщение данных по изменению радиационного и теплового балансов осушенных территорий произведено В. Н. Адаменко (1979).
Микроклиматический эффект осушения наиболее ярко проявляется в изменении температуры поверхности почвы. В летнее время на осушенном болоте в дневные часы температура поверхности почвы обычно на 1-5° выше, чем на болоте. Осушение приводит к росту суточной амплитуды температуры в разные сезоны года от 2,5 до 6,5° в период активной вегетации растений. Возрастают абсолютные значения минимальных температур на поверхности почвы, обычно на 1-3° в сроки наблюдений 1 и 7 ч и на 0,3-2,0° в 19 ч. Максимальные температуры поверхности почвы обычно на 3-5° выше на осушенных землях, чем на болоте.
Выравнивание рельефа после осушения и проведения куль-туртехнических работ снижает шероховатость поверхности и приводит к увеличению скорости ветра по сравнению с неосушенным болотом в дневные часы на 1-1,2 м/с. В утренние часы различия малы, а на срок 19 ч за счет большей неустойчивости воздуха над более теплым болотом (июль-август скорость ветра на болоте выше на 0,5-0,8 м/с. Удаление кустарников и сглаживание полей приводит к значительному перераспределению снежного покрова и интенсивному метелевому переносу. Основная часть осушенных земель, за исключением пограничных зон с лесами и кустарниками, имеет запас влаги на 10% меньше средних фоновых значений. Осушение приводит к большей глубине промерзания осушенного торфяника, на 20 – 30 см, что характерно для условий Карелии, Полесья, Смоленской обл. и Мещеры. Таким образом, с осушением связано появление новых устойчивых черт в режимах тепла и влаги, в микроклимате прилегающей территории, наиболее ярко – на массивах осушения площадью более 500 га.
Ландшафтно-геохимические аспекты воздействия осушительных систем на прилегающую территорию.
Уничтожение или резкое сокращение природных геохимических и биологических барьеров (низинных болот) способствует выносу химических элементов из осушаемого массива. Существующая в настоящее время довольно обширная геохимическая информация относится к мелиоративным системам, расположенным в среднетаежных ландшафтах Карелии (Кор-зинская низина), в полесских ландшафтах Украины и Белоруссии (бассейн Припяти и Орессы) и Рязанской Мещеры, в ландшафтах смешанных лесов Тверской обл. и др. Детальные исследования проводятся на польдерах Калининградской (пойма Немана), Московской (долина Яхромы), Пермской (пойма Камы) и Смоленской областей, на Кировской лугоболотной станции, во Львовском Полесье, в Эстонии и др.
Обобщение литературного материала и результаты исследований географического факультета МГУ в Мещерской низменности (Авессаломова, 1990) позволяют установить основные черты ландшафтно-геохимических изменений. Результатом интенсификации биологического круговорота элементов является увеличение содержания подвижных форм элементов в почве. В верхних горизонтах мелиорированных почв растет содержание подвижного азота и фосфора по сравнению с торфами низинных болот. Это свидетельствует об улучшении обеспеченности почвогрунтов элементами питания растений. На фоне повышения содержания подвижного азота под культурными лугами резко выделяется увеличение азота нитратов по сравнению с аммонийным. В пахотном горизонте оно может возрастать в 20 раз, тогда как соотношение между этими формами в низинных болотах противоположно. Для более северных районов, например Тверскои обл., отмечено, что при высоком содержании общего азота его переход в аммиачную или нитратную форму происходит медленнее, что не обеспечивает нормальный рост растении в первые годы освоения осушенных земель (Бишоф, Калмыков, 1972).
Другой аспект функционирования ПТС, связанный с интенсификацией бика, — изменение состава вод супераквальных ландшафтов, по сравнению с исходным. Наблюдается увеличение минерализации грунтовых вод лугово-болотных почв, интенсивности водной миграции Са, С1, снижение содержания Сорг и общего азота. Многие биогенные элементы мигрируют в составе органических соединений. Повышение минерализации грунтовых вод установлено для мелиоративных систем Полесья, Нечерноземного Урала, Мещерской низменности и других районов. Однако после заметного увеличения минерализации грунтовых вод в первые годы эксплуатации мелиоративных систем далее достигается равновесие и некоторое снижение минерализации в связи с выносом химичесиих элементов за пределы дренажной сети.
К числу сильных периодически действующих источников относится внесение удобрений. Изучение этого фактора в продуктивности агроценозов показывает, что на создание биомассы расходуется менее половины питательных веществ, в частности за счет потерь элементов питания с потоками грунтовых вод (Чазов, Дроздов, 1974; Авессаломова, 1990). Это позволяет рекомендовать вместо одноразового предпосевного внесения удобрений многоразовое, когда регулирование их поступления дает более эффективный результат.
Данные об изменении щелочно-кислотных показателей противоречивы. Одни авторы отмечают повышение рН мелиорированных почв в связи с выносом оснований в грунтовые воды, отчуждением химических элементов с урожаем, воздействием физиологически кислых фосфорных и калийных удобрений. Другие исследователи (Шаманаев) указывают на снижение рН. Видимо, многое зависит от характера возделываемых культур. Следует также иметь в виду, кислую реакцию атмосферных осадков, что ранее в расчет не принималось при объяснении кислой реакции дерново-подзолистых почв.
Новым признаком осушенных почв и почв прилегающей территории является их окислительно-восстановительная вертикальная зональность. В верхней части профиля до 20-35 см формируются окислительные условия. Далее преобладают восстановительные условия. На контакте обстановок возникает площадной кислородный геохимический барьер. В зоне закрытого дренажа при выходе глеевых вод из труб возникают локальные кислородные барьеры. Из-за осаждения Fe и органического вещества вода в дренах прозрачная.